DE102010009003A1 - Endoscopic instrument, has shaft including wall made up of electro-active polymer, and reference-and control electrodes connected with each other by elastic connecting webs, which are arranged within radially expansion of electrodes - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein endoskopisches Instrument mit einem Schaft, welcher in Längsrichtung gesehen zumindest einen biegbaren Abschnitt aufweist.The invention relates to an endoscopic instrument having a shaft which, viewed in the longitudinal direction, has at least one bendable section.
Beispielsweise aus
Aus
Im Hinblick auf diesen bekannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes endoskopisches Instrument mit einem Schaft, welcher in Längsrichtung zumindest einen biegbaren Abschnitt aufweist, der eine Wandung aus einem elektroaktiven Polymer aufweist, dahingehend zu verbessern, dass die Bauraumausnutzung optimiert und der mechanische Wirkungsgrad gesteigert wird.In view of this known prior art, it is an object of the invention to improve an improved endoscopic instrument with a shaft having in the longitudinal direction at least one bendable portion having a wall of an electroactive polymer in that the space utilization is optimized and the mechanical efficiency is increased.
Diese Aufgabe wird durch ein endoskopisches Instrument mit den in Anspruch 1 angegeben Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by an endoscopic instrument having the features specified in
Das erfindungsgemäße endoskopische Instrument weist einen Schaft auf, welcher in Längsrichtung gesehen zumindest einen biegbaren Abschnitt aufweist. Dieser biegbare Abschnitt weist eine Wandung oder Wandbereich aus einem elektroaktiven Polymer auf, in welche eine Vielzahl von in axialer Richtung abwechselnd angeordneten Steuer- und Referenzelektroden eingebettet sind. Durch Anlegen einer Spannung zwischen Steuer- und Referenzelektroden wird eine Verformung des zwischen den Elektroden gelegenen elektroaktiven Polymers erreicht. Durch die Anordnung einer Vielzahl von Elektrodenpaaren gebildet aus Steuer- und Referenzelektroden in axialer Richtung hintereinander wird die Gesamtauslenkung bzw. Formänderung verstärkt, so dass eine gewünschte Biegung bzw. Krümmung des Instrumentes durch Anlegen einer Spannung an gewünschte Elektroden erreicht werden kann. Um die Biegsamkeit gezielt steuern zu können, ist es möglich, dass in axialer Richtung hintereinander liegende Abschnitte gezielt unterschiedlich aktiviert werden können, indem gezielt in einzelnen Abschnitten elektrische Spannung zwischen Referenz- und Steuerelektroden angelegt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise auch eine schlangeförmige Verformung des biegbaren Abschnittes erreicht werden.The endoscopic instrument according to the invention has a shaft which, viewed in the longitudinal direction, has at least one bendable section. This bendable portion has a wall or wall region of an electroactive polymer, in which a plurality of control and reference electrodes arranged alternately in the axial direction are embedded. By applying a voltage between the control and reference electrodes, deformation of the electroactive polymer located between the electrodes is achieved. By arranging a plurality of electrode pairs formed from control and reference electrodes in the axial direction one behind the other, the total deflection or shape change is amplified, so that a desired bending or curvature of the instrument can be achieved by applying a voltage to desired electrodes. In order to be able to control the flexibility in a targeted manner, it is possible that sections located one behind the other in the axial direction can be selectively activated differently by selectively applying electrical voltage between reference and control electrodes in individual sections. In this way, for example, a serpentine deformation of the bendable portion can be achieved.
Erfindungsgemäß ist nun der Bauraum in der Wandung des biegbaren Abschnittes dahingehend optimiert ausgenutzt, dass die Steuerelektroden und die Referenzelektroden jeweils über Verbindungsstege miteinander verbunden sind, welche innerhalb, bevorzugt vollständig innerhalb, der radialen Ausdehnung der Steuer- und Referenzelektroden gelegen sind. Dies bedeutet, dass mehrere Steuerelektroden oder Abschnitte der Steuerelektroden untereinander über Verbindungsstege verbunden sind und mehrere Referenzelektroden oder Abschnitte der Referenzelektroden untereinander über Verbindungsstege verbunden sind. Steuer- und Referenzelektroden sind gegeneinander durch das dazwischenliegende elektroaktive Polymer elektrisch isoliert. Erfindungsgemäß sind nun die Verbindungsstege, welche die Steuerelektroden verbinden, und die Verbindungsstege, welche die Referenzelektroden miteinander verbinden, nicht seitlich, d. h. am Außenumfang oder am Innenumfang der Elektroden angeordnet, sondern innerhalb der radialen Ausdehnung. Durch diese Anordnung kann in radialer Richtung eine größere Elektrodenfläche geschaffen werden, wodurch der Wirkungsgrad gesteigert wird, da der zur Verfügung stehende Bauraum in radialer Richtung optimal ausgenutzt wird. So können die Verbindungsstege in radialer Richtung gesehen in einem Zentralbereich der Wandung angeordnet werden, so dass die Referenzelektroden und die Steuerelektroden vorzugsweise in radialer Richtung gegenüber den Verbindungsstegen nach außen und nach innen vorstehen.According to the invention, the space in the wall of the bendable section is optimized in that the control electrodes and the reference electrodes are connected to each other via connecting webs which are located within, preferably completely within, the radial extent of the control and reference electrodes. This means that a plurality of control electrodes or sections of the control electrodes are interconnected via connecting webs and a plurality of reference electrodes or portions of the reference electrodes are interconnected via connecting webs. Control and reference electrodes are electrically isolated from each other by the intervening electroactive polymer. According to the invention, the connecting webs, which connect the control electrodes, and the connecting webs, which connect the reference electrodes with each other, are not laterally, d. H. arranged on the outer circumference or on the inner circumference of the electrodes, but within the radial extent. By this arrangement, a larger electrode area can be created in the radial direction, whereby the efficiency is increased, since the available space in the radial direction is optimally utilized. Thus, viewed in the radial direction, the connecting webs can be arranged in a central region of the wall, so that the reference electrodes and the control electrodes preferably protrude in the radial direction with respect to the connecting webs outwardly and inwardly.
Bevorzugt sind die Referenzelektroden und/oder die Steuerelektroden starr ausgebildet. Auf diese Weise sorgen die Elektroden für eine mechanische Verstärkung der Wandung und definieren darüber hinaus eine feste Form, wodurch eine definierte Auslenkung bei Anlegen einer Spannung realisiert wird.Preferably, the reference electrodes and / or the control electrodes are rigid. In this way, the electrodes provide for a mechanical reinforcement of the wall and also define a fixed shape, whereby a defined deflection is realized upon application of a voltage.
Um die Verformung des elektroaktiven Polymers zwischen den Elektroden, d. h. jeweils zwischen einer Steuer- und einer Referenzelektrode zu ermöglichen, müssen diese sich um ein bestimmtes Maß aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegen können. Um dies zu begünstigen, sind die Verbindungsstege zwischen den Steuerelektroden und/oder die Verbindungsstege zwischen den Referenzelektroden vorzugsweise elastisch ausgebildet, so dass sie die beschriebene Bewegung zwischen Referenz- und Steuerelektroden bei Verformung der Wandung bzw. deren elektroaktiven Polymers zulassen.To prevent the deformation of the electroactive polymer between the electrodes, i. H. each to allow between a control and a reference electrode, they must be able to move to a certain extent towards each other or away from each other. To favor this, the connecting webs between the control electrodes and / or the connecting webs between the reference electrodes are preferably designed to be elastic, so that they allow the described movement between reference and control electrodes upon deformation of the wall or its electroactive polymer.
Weiter bevorzugt weisen die Verbindungsstege eine geringere radiale Ausdehnung auf, als die Referenz- und Steuerelektroden. Dadurch kann erreicht werden, dass die Referenz- und Steuerelektroden, wie oben beschrieben, gegenüber den Verbindungsstegen radial nach innen und nach außen vorstehen und die Verbindungsstege in radialer Richtung gesehen nur einen kleineren Teilbereich der Wandung in Anspruch nehmen. Vorzugsweise sind dabei die Verbindungsstege zentral im Inneren der Wandung angeordnet. More preferably, the connecting webs have a smaller radial extent, as the reference and control electrodes. It can thereby be achieved that the reference and control electrodes, as described above, protrude radially inwards and outwards relative to the connecting webs and, viewed in the radial direction, the connecting webs occupy only a smaller part of the wall. Preferably, the connecting webs are arranged centrally in the interior of the wall.
Weiter bevorzugt sind die ersten Verbindungsstege, welche die Steuerelektroden miteinander verbinden und die zweiten Verbindungsstege, welche die Referenzelektroden miteinander verbinden, in radialer Richtung versetzt zueinander angeordnet. Dies bedeutet, dass die ersten Verbindungsstege und die zweiten Verbindungsstege in radialer Richtung vorzugsweise nebeneinander liegend und beabstandet zueinander angeordnet werden können, wobei beispielsweise die ersten Verbindungsstege in radialer Richtung weiter innenliegend als die zweiten Verbindungsstege in der Wandung angeordnet sind oder umgekehrt. Das bedeutet, die ersten und zweiten Verbindungsstege erstrecken sich in der Wandung beabstandet zueinander aneinander vorbei ohne sich zu berühren. Zwischen den Verbindungsstegen ist aufgrund der Einbettung in die Wandung ebenfalls bevorzugt das elektroaktive Polymermaterial oder eine andere geeignete Trennschicht zur elektrischen Isolation angeordnet.More preferably, the first connecting webs, which connect the control electrodes to each other and the second connecting webs, which connect the reference electrodes with each other, arranged offset in the radial direction to each other. This means that the first connecting webs and the second connecting webs can preferably be arranged next to each other and spaced apart in the radial direction, wherein, for example, the first connecting webs are arranged in the radial direction more inwardly than the second connecting webs in the wall or vice versa. This means that the first and second connecting webs extend in the wall at a distance from each other without touching each other. Due to the embedding in the wall, the electroactive polymer material or another suitable separating layer for electrical insulation is also preferably arranged between the connecting webs.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Steuerelektroden und/oder die Referenzelektroden plattenförmig ausgebildet. Dabei erstrecken sich die einzelnen Elektroden vorzugsweise als ebene Platten, weiter bevorzugt in einer Richtung orthogonal zur Längsachse des Schaftes, d. h. in Durchmesserebenen. Auch hierdurch wird eine optimale Bauraumausnutzung mit hohem Wirkungsgrad erreicht. Gleichzeitig wird eine optimale Stabilisierung des Schaftes in radialer Richtung erreicht, da in dieser Richtung die Elektroden eine besonders große Ausdehnung aufweisen. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Verformbarkeit des Schaftes in radialer Richtung unterbunden.According to a further preferred embodiment of the invention, the control electrodes and / or the reference electrodes are plate-shaped. In this case, the individual electrodes preferably extend as flat plates, more preferably in a direction orthogonal to the longitudinal axis of the shaft, d. H. in diameter planes. As a result, an optimal space utilization is achieved with high efficiency. At the same time an optimal stabilization of the shaft is achieved in the radial direction, since in this direction the electrodes have a particularly large extent. In this way, an undesirable deformability of the shaft is prevented in the radial direction.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von einzelnen Steuerelektroden und Referenzelektroden über den Umfang des Schaftes verteilt angeordnet, wobei die Verbindungsstege in sich radial erstreckenden Trennfugen zwischen den einzelnen Elektroden angeordnet sind. Die einzelnen Elektroden können in Form von streifenförmigen Abschnitten gebildet sein, welche sich beabstandet zueinander in radialer Richtung erstrecken. Eine Vielzahl derartiger Abschnitte ist über den Gesamtumfang der Wandung, bevorzugt gleichmäßig verteilt, angeordnet. Auf diese Weise wird zum einen die beschriebene Stabilität in radialer Richtung erreicht, gleichzeitig jedoch die gewünschte Biegbarkeit des Schaftes gewährleistet. Die Verbindungsstege können dabei Platz sparend in den Trennfugen angeordnet sein. Dabei greifen die Verbindungsstege an den einzelnen Elektroden jeweils an den sich radial erstreckenden Kanten, welche den Trennfugen zugewandt sind, an. Die Verbindungsstege erstrecken sich dabei vorzugsweise jeweils zwischen benachbarten Steuerelektroden, wobei zwischen diesen benachbarten Steuerelektroden jeweils eine Referenzelektrode gelegen ist. Entsprechend erstrecken sich Verbindungsstege zwischen zwei benachbarten Referenzelektroden, wobei zwischen diesen Referenzelektroden jeweils eine Steuerelektrode gelegen ist. Dabei erstrecken sich die Verbindungsstege bevorzugt geneigt zur axialen Erstreckungsrichtung der Wandung, d. h. schräg zwischen einander zugewandten radialen Kanten der zu verbindenden Elektroden. D. h. ein Verbindungssteg greift an einer ersten Elektrode an einer ersten radialen Kante an und greift an der benachbarten zweiten Elektrode an der zweiten in Umfangsrichtung entgegengesetzt gewandten radialen Kante an. Bei dieser Anordnung von schrägen Verbindungsstegen kreuzen sich die Verbindungsstege zwischen den Steuerelektroden in einer radialen Projektion gesehen.According to a further preferred embodiment, a plurality of individual control electrodes and reference electrodes are arranged distributed over the circumference of the shaft, wherein the connecting webs are arranged in radially extending parting lines between the individual electrodes. The individual electrodes may be formed in the form of strip-shaped sections which extend at a distance from each other in the radial direction. A plurality of such sections is arranged over the entire circumference of the wall, preferably uniformly distributed. In this way, on the one hand, the described stability in the radial direction is achieved, while at the same time ensuring the desired bendability of the shaft. The connecting webs can be arranged to save space in the joints. In this case, the connecting webs engage the individual electrodes in each case at the radially extending edges, which face the joints, at. The connecting webs preferably each extend between adjacent control electrodes, wherein a reference electrode is located in each case between these adjacent control electrodes. Correspondingly, connecting webs extend between two adjacent reference electrodes, wherein a respective control electrode is located between these reference electrodes. In this case, the connecting webs preferably extend inclined to the axial direction of extension of the wall, d. H. obliquely between facing radial edges of the electrodes to be connected. Ie. a connecting land engages a first electrode at a first radial edge and engages the adjacent second electrode at the second circumferentially oppositely facing radial edge. In this arrangement of oblique connecting webs, the connecting webs intersect between the control electrodes seen in a radial projection.
Zur Optimierung dieser Anordnung sind in die einzelnen Elektroden, welche in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, so angeordnet, dass sich auch in einer Durchmesserebene in Umfangsrichtung immer Steuerelektroden und Referenzelektroden abwechseln. Gleichzeitig wechseln sich Steuer- und Referenzelektroden auch in axialer Richtung ab. Auf diese Weise wird es möglich, in den Trennfugen die jeweils in zwei axialen Spalten benachbarten Steuerelektroden über zickzackförmig angeordnete Verbindungsstege zu verbinden und entsprechend die in zwei benachbarten axialen Spalten angeordneten Referenzelektroden über Verbindungsstege zickzackförmig miteinander zu verbinden.To optimize this arrangement, arranged in the individual electrodes, which are arranged distributed in the circumferential direction, so arranged that alternate even in a diameter plane in the circumferential direction control electrodes and reference electrodes. At the same time, control and reference electrodes also alternate in the axial direction. In this way, it becomes possible to connect in the parting lines the control electrodes adjacent each other in two axial columns via zigzag-shaped connecting webs and correspondingly connect the reference electrodes arranged in two adjacent axial gaps to one another in a zigzag manner via connecting webs.
Weiter bevorzugt sind zumindest einzelne Steuer- und/oder Referenzelektroden in radialer Richtung jeweils in zumindest zwei, weiter bevorzugt in drei oder mehr Elektrodenteile untergliedert, welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dabei können die Elektrodenteile über elektrisch leitende Verbindungsstege, welche vorzugsweise einstückig mit den Elektrodenteilen ausgebildet sind, verbunden sein. Dabei sind die Verbindungsstege jedoch bevorzugt in Umfangsrichtung schmaler als die angrenzenden Elektrodenteile. Auch durch diese Ausgestaltung wird die gewünschte Biegbarkeit bei gleichzeitig gegebener Festigkeit in radialer Richtung erreicht. Ferner wird eine optimale Verteilung der Elektrodenfläche im gesamten Wandungsquerschnitt sichergestellt, wobei gleichzeitig die Elektrodenfläche minimiert werden kann. Auch dies steigert den mechanischen Wirkungsgrad, da der mechanische Wirkungsgrad und das Kompressionsmodul der Elektrodenanordnung in Verbindung mit dem zwischen zwei Elektroden befindlichen Elastomer im Zusammenhang mit dem Verhältnis aus der Elektrodenfläche zu der Elastomerumrandung der Elektroden steht. Aus diesem Grunde ist es erstrebenswert, die eigentliche Elektrodenfläche in kleinere Segmente zu untergliedern, wobei zwischen den Elektrodensegmenten wiederum mit dem Elastomer bzw. elektroaktiven Polymer gefüllte Freiräume entstehen.More preferably, at least individual control and / or reference electrodes in the radial direction in each case in at least two, more preferably in three or more electrode parts are divided, which are electrically conductively connected to each other. In this case, the electrode parts can be connected via electrically conductive connecting webs, which are preferably formed integrally with the electrode parts. However, the connecting webs are preferably narrower in the circumferential direction than the adjacent electrode parts. Also by this configuration, the desired bendability is achieved while maintaining strength in the radial direction. Furthermore, an optimal distribution of the electrode surface is ensured in the entire wall cross section, while at the same time the electrode surface can be minimized. This too Increases the mechanical efficiency, since the mechanical efficiency and the compression modulus of the electrode assembly in conjunction with the elastomer located between two electrodes is related to the ratio of the electrode surface to the elastomer border of the electrodes. For this reason, it is desirable to subdivide the actual electrode surface into smaller segments, wherein in turn between the electrode segments filled with the elastomer or electroactive polymer free spaces arise.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können zumindest einzelne Steuer- und/oder Referenzelektroden oder deren Elektrodenabschnitte zumindest zum Teil von einer mäanderförmigen Elektrodenbahn oder einer kammartigen Anordnung von Elektrodenbahnen gebildet sein. Zwischen den Elektrodenbahnen entstehen wiederum Freiräume, welche mit dem elektroaktiven Polymer gefüllt sind. Auf diese Weise können sich die Elektroden bevorzugt im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der Wandung erstrecken. Besonders bevorzugt sind die Elektrodenabschnitte jeweils in drei Elektrodenteile untergliedert, welche in radialer Richtung nebeneinander liegen und über feste Stege miteinander verbunden sind. Die Elektrodenteile und die sie verbindenden Stege erstrecken sich dabei jeweils bevorzugt in einer Durchmesserebene bezogen auf die Längsachse des Schaftes. Der mittlere der drei Elektrodenteile ist bevorzugt mit den Verbindungsstegen zur Verbindung mit den benachbarten gleichartigen Elektroden verbunden. Entsprechend liegen die Verbindungsstege bevorzugt in der radialen Erstreckung des mittleren Elektrodenteils. Von dem mittleren Elektrodenteil ausgehend, erstrecken sich dann bevorzugt zu beiden Seiten, d. h. radial nach innen und radial nach außen, jeweils ein weiterer Elektrodenteil, welcher dann wiederum gegebenenfalls in weitere kleinere Elektrodenteile unterteilt sein kann. So können insbesondere diese radial innen und außen liegenden Elektrodenteile von einer mäanderförmigen Elektrodenbahn gebildet sein oder eine kammartige Anordnung von Elektrodenbahnen bzw. Elektrodenteilen aufweisen.According to a further preferred embodiment, at least individual control and / or reference electrodes or their electrode sections may be formed at least in part by a meander-shaped electrode track or a comb-like arrangement of electrode tracks. In turn, free spaces, which are filled with the electroactive polymer, arise between the electrode tracks. In this way, the electrodes can preferably extend substantially over the entire cross section of the wall. Particularly preferably, the electrode sections are each subdivided into three electrode parts, which lie next to one another in the radial direction and are connected to one another via fixed webs. The electrode parts and the webs connecting them each extend preferably in a diameter plane relative to the longitudinal axis of the shaft. The middle of the three electrode parts is preferably connected to the connecting webs for connection to the adjacent similar electrodes. Accordingly, the connecting webs are preferably in the radial extent of the central electrode part. Starting from the middle electrode part, then preferably extend to both sides, d. H. radially inwardly and radially outwardly, in each case a further electrode part, which in turn can then optionally be subdivided into further smaller electrode parts. In particular, these radially inner and outer electrode parts may be formed by a meander-shaped electrode track or may have a comb-like arrangement of electrode tracks or electrode parts.
Zweckmäßigerweise weist der zumindest eine biegbare Abschnitt in Umfangsrichtung gesehen zumindest zwei getrennt aktivierbare Aktorfelder bzw. Aktorsehnen auf. In diesen sind jeweils eine Vielzahl von in axialer Richtung abwechselnd angeordneten Steuer- und Referenzelektroden angeordnet, wobei zumindest die Steuerelektroden des einen Aktorfeldes gegenüber den Steuerelektroden des anderen Aktorfeldes elektrisch isoliert sind. Dabei können in jedem Aktorfeld wiederum mehrere streifenförmig ausgebildete Steuer- und Referenzelektroden in Umfangsrichtung nebeneinander liegend angeordnet sein, wie oben beschrieben wurde. Die Steuerelektroden der einzelnen Aktorfelder sind getrennt mit Spannung beaufschlagbar, so dass die Aktorfelder getrennt aktiviert werden können und der Schaft somit gezielt in unterschiedlichen Umfangsbereichen unabhängig voneinander verformt werden kann, um eine Auslenkung in verschiedenen radialen Richtungen zu ermöglichen. Bevorzugt sind dazu zumindest drei, zweckmäßigerweise gleichmäßig über den Umfang verteilte Aktorfelder vorgesehen. Darüber hinaus können auch mehrere Aktorfelder, wie oben beschrieben in axialer Richtung hintereinanderliegend angeordnet werden, um auch axiale Abschnitte des Schaftes gezielt unterschiedlich verformen zu können, so dass beispielsweise eine schlangeförmige Verbiegung des Schaftes möglich wird.Expediently, the at least one bendable section, as seen in the circumferential direction, has at least two separately activatable actuator fields or actuator chords. In each of these, a multiplicity of control and reference electrodes arranged alternately in the axial direction are arranged, wherein at least the control electrodes of one actuator field are electrically insulated from the control electrodes of the other actuator field. In this case, a plurality of strip-shaped control and reference electrodes can in turn be arranged next to each other in the circumferential direction in each actuator field, as described above. The control electrodes of the individual actuator fields can be acted upon separately with voltage, so that the actuator fields can be activated separately and the shaft can thus be deformed independently in different circumferential regions independently of one another in order to enable a deflection in different radial directions. For this purpose, at least three actuator fields, which are expediently distributed uniformly over the circumference, are preferably provided for this purpose. In addition, several Aktorfelder, as described above in the axial direction are arranged one behind the other, in order to specifically deform axial portions of the shaft selectively different, so that, for example, a serpentine bending of the shaft is possible.
Während die Steuerelektroden der einzelnen Aktorfelder elektrisch voneinander isoliert sind, sind die Referenzelektroden zumindest zweier Aktorfelder bevorzugt elektrisch leitend und/oder mechanisch miteinander verbunden, wobei vorzugsweise die in eine Durchmesserebene gelegenen Referenzelektroden der Aktorfelder miteinander verbunden sind. Beispielsweise können die in Umfangsrichtung benachbarten Referenzelektroden über sich in Umfangsrichtung oder schräg zu dieser erstreckende Stege miteinander verbunden sein. Durch diese mechanische Verbindung wird die Gesamtstruktur der Elektrodenanordnung stabiler, so dass auch die Formstabilität des Schaftes, insbesondere in radialer Richtung erhöht wird. Gleichzeitig wird die Zahl der erforderlichen elektrischen Verbindungen minimiert.While the control electrodes of the individual actuator fields are electrically insulated from one another, the reference electrodes of at least two actuator fields are preferably electrically conductively and / or mechanically interconnected, wherein preferably the reference electrodes of the actuator fields located in a diameter plane are interconnected. For example, the circumferentially adjacent reference electrodes may be connected to each other in the circumferential direction or obliquely to this extending webs. As a result of this mechanical connection, the overall structure of the electrode arrangement becomes more stable, so that the dimensional stability of the shaft, in particular in the radial direction, is also increased. At the same time, the number of required electrical connections is minimized.
Weiter bevorzugt weisen die Referenzelektroden der zumindest zwei Aktorfelder in axialer Richtung eine gemeinsame elektrische Verbindung auf. D. h. die Referenzelektroden müssen nicht in jedem Aktorfeld alle untereinander in axialer Richtung verbunden sein, vielmehr kann diese axiale Verbindung z. B. in ein Aktorfeld verlagert sein, während die Referenzelektroden der anderen Aktorfelder über Verbindungen in Umfangsrichtung angeschlossen sind, wobei vorzugsweise immer die in einer Durchmesserebene gelegenen bzw. an diese angrenzenden Referenzelektroden bzw. Referenzelektrodenabschnitte untereinander verbunden sind. Dies erfolgt bevorzugt über sich in Umfangsrichtung oder schräg zu dieser erstreckende Verbindungsstege. Diese Verbindungsstege können dabei radial versetzt zu den Verbindungsstegen gelegen sein, welche die Steuerelektroden, wie oben beschrieben, untereinander verbinden. Dabei erstrecken sich die Verbindungsstege durch die radialen Trennfugen, welche die Elektroden in Umfangsrichtung voneinander trennen. Anstatt die axialen Verbindungen für axial aufeinander folgenden Referenzelektroden in lediglich ein Aktorfeld anzuordnen, ist es auch möglich die axialen Verbindungen über mehrere Aktorfelder zu verteilen, wobei sich dann beispielsweise die axialen Verbindungen zwischen den einzelnen Aktorfeldern abwechseln. D. h. beispielsweise ist in axialer Richtung gesehen eine erste Lage von Referenzelektroden mit einer zweiten Lage von Referenzelektroden in einem ersten Aktorfeld über einen oder mehrere Stege verbunden, während eine zweite und eine dritte Lage von Referenzelektroden in axialer Richtung in einem zweiten Aktorfeld miteinander verbunden sind, und so weiter.More preferably, the reference electrodes of the at least two Aktorfelder in the axial direction on a common electrical connection. Ie. the reference electrodes must not be connected to each other in the axial direction in each actuator field, but this axial connection z. B. be displaced in an actuator field, while the reference electrodes of the other Aktorfelder are connected via connections in the circumferential direction, preferably always located in a diameter plane or adjacent to these reference electrodes or reference electrode sections are interconnected. This is preferably done over itself in the circumferential direction or obliquely to this extending connecting webs. This connecting webs can be located radially offset from the connecting webs, which interconnect the control electrodes, as described above. In this case, the connecting webs extend through the radial parting lines, which separate the electrodes in the circumferential direction from each other. Instead of arranging the axial connections for axially successive reference electrodes in only one Aktorfeld, it is also possible to distribute the axial connections over several Aktorfelder, then alternate, for example, the axial connections between the individual Aktorfeldern. Ie. For example, seen in the axial direction is a first layer of reference electrodes connected to a second layer of reference electrodes in a first actuator field via one or more webs, while a second and a third layer of reference electrodes in the axial direction in a second actuator array are connected to each other, and so on.
Die Steuerelektroden und/oder die Referenzelektroden sind weiter bevorzugt mit den sie verbindenden Verbindungsstegen jeweils einstückig ausgebildet. Auf diese Weise wird der Gesamtaufbau der Elektrodenstruktur vereinfacht, da auf Verbindungsvorgänge zum Verbinden der einzelnen Teile bzw. Abschnitte und Verbindungsstege verzichtet werden kann. Dadurch wird die Montage vereinfacht. Darüber hinaus wird die mechanische Stabilität erhöht. Ferner kann die Betriebssicherheit erhöht werden, da die Gefahr von fehlenden Kontaktierungen zwischen einzelnen Elementen aufgrund der einstückigen Ausgestaltung dieser Elemente vermieden wird.The control electrodes and / or the reference electrodes are further preferably integrally formed with the connecting webs connecting them. In this way, the overall structure of the electrode structure is simplified, since connection operations for connecting the individual parts or sections and connecting webs can be dispensed with. This simplifies assembly. In addition, the mechanical stability is increased. Furthermore, the reliability can be increased because the risk of missing contact between individual elements is avoided due to the one-piece design of these elements.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigt:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. It shows:
Erfindungsgemäß sind nun in optimierter Weise die Elektroden in das elektroaktive Polymer des biegbaren Abschnittes
Ferner sind die Referenzelektroden
Die in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden Aktorfelder
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Handgriffhandle
- 44
- Schaftshaft
- 66
- biegbarer Abschnittbendable section
- 88th
- Aktorfelderactuator fields
- 1010
- AktorsehnenAktorsehnen
- 1212
- Referenzelektrodenreference electrodes
- 1414
- Steuerelektrodencontrol electrodes
- 16, 1816, 18
- Verbindungsstegeconnecting webs
- 2020
- Trennfugenjoints
- 2222
- Spaltencolumns
- 2424
- Verbindungsstegeconnecting webs
- 2626
- Vorsprüngeprojections
- 2828
- kammartige Strukturencomb-like structures
- 3030
- mäanderförmige ElektrodenbahnMeander-shaped electrode track
- XX
- axiale Richtung, Längsachse des Schaftesaxial direction, longitudinal axis of the shaft
- rr
- radiale Erstreckungradial extent
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008047776 [0002] DE 102008047776 [0002]
- DE 102009036424 [0003] DE 102009036424 [0003]
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-
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Legal Events
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---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20150217 |